WO2013061743A1 - 発電設備 - Google Patents

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WO2013061743A1
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boiler
steam
power generation
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克史 反田
辰夫 井野
良壽 高橋
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川崎重工業株式会社
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Definitions

  • the present invention relates to a steam turbine power generation system (power generation equipment) that increases a power generation amount by using a heat source having a temperature lower than that of a conventional one.
  • waste heat such as cement kilns, steel mills, metal smelters, chemical factories, garbage incinerators, and geothermal power plants
  • heat such as exhaust gas is recovered or generated by waste heat boilers, etc. It is equipped with a steam turbine power generation facility that generates electricity by driving the steam turbine with the generated steam to make effective use of energy resources.
  • Patent Document 1 describes a power generation system using waste heat from a cement firing plant.
  • a cement firing plant for example, an exhaust gas at 300 to 400 ° C. from a suspension preheater (hereinafter also simply referred to as “preheater” or “PH”) and an air quenching cooler (hereinafter simply referred to as “quenching cooler” or “AQC”).
  • preheater a suspension preheater
  • AQC air quenching cooler
  • AQC air quenching cooler
  • a PH boiler using PH exhaust gas as a heat medium and an AQC boiler using AQC exhaust gas as a heat medium are provided, and both boilers generate high-pressure steam to generate a steam turbine.
  • low-pressure steam generated by gas-liquid separation of surplus hot water obtained in the heater part of the AQC boiler by a flasher is input to the low-pressure stage to drive the steam turbine.
  • the exhaust gas outlet temperature of the AQC heater is about 100 ° C.
  • the exhaust gas outlet temperature of the PH boiler is 200 to 250 ° C.
  • the cement firing plant after the AQC boiler is installed has lower temperature heat sources such as exhaust gas from the AQC low temperature section and exhaust gas after waste heat recovery.
  • lower temperature heat sources such as exhaust gas from the AQC low temperature section and exhaust gas after waste heat recovery.
  • an appropriate stage of the steam turbine is required. It was difficult to produce steam that could be supplied to the heat source and was not subject to heat recovery.
  • a power generation system that recovers waste heat from high-temperature exhaust gas at 250 to 450 ° C. is also used in a sintering cooler at an ironworks, but waste heat from a low-temperature exhaust gas from a sintering cooler is not targeted.
  • the binary cycle power generation system is a closed Rankine that uses a medium vapor, such as pentane or trifluoroethanol, having a lower boiling point than water as the working medium to drive a steam turbine using medium vapor evaporated by heat from a low-temperature heat source to generate electricity.
  • a medium vapor such as pentane or trifluoroethanol
  • the binary cycle power generation system is a power generation system suitable for a low-temperature heat source.
  • a binary cycle power generation system is equipped with a high-efficiency steam turbine system using high-temperature steam and an expensive heat medium.
  • the addition of a binary cycle steam turbine system to be used was not satisfactory from the viewpoint of cost effectiveness.
  • the problem to be solved by the present invention is to make use of the configuration of a conventional steam turbine power plant, and to make it possible to make more advanced use of heat from a low-temperature heat source at a low cost without major changes. Is to provide.
  • the power generation facility of the present invention is a power generation facility that generates electricity by supplying high-temperature steam having a pressure equal to or higher than atmospheric pressure to the steam turbine, further comprising a vacuum flasher connected to the vacuum stage of the steam turbine, It is characterized in that the water vapor below atmospheric pressure generated by supplying and flushing is fed into the vacuum stage of the steam turbine. Further, a heater may be provided so that hot water is generated by heating with a heat medium supplied from a low-temperature heat source such as a plant, and supplied to the vacuum flasher.
  • a heat exchanger as a heater, supply a heat medium such as water or gas having a temperature of 150 ° C. or less as a heating side fluid as a heating side fluid to the heat exchanger, and generate hot water to be supplied to the vacuum flasher. Also good. Since it is only necessary to generate water vapor in a vacuum below atmospheric pressure, the heating side fluid supplied to the heat exchanger may have a temperature of 150 ° C. or lower.
  • the low temperature medium from the low temperature heat source and the water of the working medium are heat-exchanged to generate hot water of 100 ° C. or less, and this hot water is supplied to a vacuum flasher to be flashed under vacuum to generate water vapor. Since the turbine output is increased based on the generation and supply of the steam to the vacuum stage of the steam turbine, the low-temperature heat source can be effectively utilized.
  • the power generation facility of the present invention can be configured by adding a vacuum flasher or a heater to the conventional power generation facility. Since the working medium is not an expensive heat medium used in a binary cycle power generation system, but water that is inexpensive but has excellent heat medium characteristics can be used, manufacturing costs and operating costs can be suppressed. In particular, if the power generation facilities already exist, additional investment is small and economical. If a heat exchanger is installed in the vicinity of the low-temperature heat source and a vacuum flasher is installed in the vicinity of the steam turbine, waste heat such as exhaust gas is transmitted using water with high heat transfer capacity, and converted into steam by the steam turbine. Therefore, the heat energy can be transferred between the two using a relatively thin pipe, and the equipment cost can be reduced.
  • low-temperature exhaust gas generated by a quenching cooler (AQC) and heat recovered by an AQC boiler, exhaust gas discharged from the low-temperature part of AQC, and the like can be used.
  • AQC quenching cooler
  • the heat energy released from the low-temperature heat source is effectively recovered using the steam turbine power generator using water as a working medium, Efficient heat utilization can be performed economically.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power generation facility of the first embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram of a waste heat recovery power plant to which the present embodiment is applied
  • FIG. 3 is a block diagram of an exhaust gas treatment facility for a cement firing plant to which the present embodiment is applied. It is.
  • the same reference numerals are assigned to elements representing the same function, and the description may be omitted.
  • the power generation facility of the present embodiment is an example in which the power generation facility of the present invention is applied to the exhaust gas treatment facility of the cement burning plant shown in FIG.
  • an exhaust gas of 300 to 400 ° C. is generated from the preheater (PH) 2 of the kiln 1 and is used to preheat the raw material in the raw material mill 7 of the raw material pulverization process 6.
  • (EP) 10 is emitted from the chimney 12 to the atmosphere.
  • tail gas having an average temperature of 250 to 300 ° C. is generated if there is no extraction in the middle.
  • a gas of about 360 ° C. is extracted from the high temperature region of the tail gas generated in the AQC 3 and is recovered by the AQC boiler 31.
  • the remaining tail gas is discharged from the AQC 3 as a tail gas of about 110 ° C.
  • the exhaust gas heat-recovered by the AQC boiler 31 and the tail gas discharged from the AQC 3 merge and are discharged from the chimney 18 to the atmosphere via the electric dust collector (EP) 16.
  • EP electric dust collector
  • the waste heat recovery power plant of the prior art shown in FIG. 2 is applied to an exhaust gas treatment facility for a cement firing plant under a certain condition.
  • a PH boiler 21 that uses PH exhaust gas as a heating medium and exhaust gas from a high temperature part of AQC are used.
  • An AQC boiler 31 as a heating medium is provided, and a flasher 51 that receives hot water from the AQC boiler 31 and separates air and water is provided. Then, the high pressure steam generated in the PH boiler 21 and the AQC boiler 31 is input to the high pressure stage of the steam turbine 41, and the low pressure steam generated in the flasher 51 is input to the low pressure stage of the steam turbine 41 to drive the steam turbine 41, and the generator 42 is used to efficiently recover waste heat energy as electric power.
  • the PH boiler 21 is provided with a superheater 22 and an evaporator 23 inside, and outside is provided with a brackish water drum 24, a pump 25, and a control valve 26.
  • the exhaust gas having a temperature of 325 ° C. and a flow rate of 389,000 Nm 3 / h from the PH is supplied to the PH boiler 21 as a heating side fluid.
  • the water in the brackish water drum 24 is supplied to the evaporator 23 by the pump 25, becomes mixed water containing steam, returns to the brackish water drum 24 and is separated into steam and hot water.
  • the steam of the brackish water drum 24 becomes superheated steam in the superheater 22 and is supplied to the pipe 27.
  • the control valve 26 adjusts the amount of supplied water so as to secure the head of the brackish water drum 24.
  • the exhaust gas discharged from the PH boiler 21 is used as a heat source for preheating the raw material in the raw material crushing step 6, and is then discharged from the chimney 12 to the atmosphere through the electric dust collector 10.
  • the AQC boiler 31 is provided with a superheater 32, an evaporator 33, and a preheater 34 inside, and is provided with a brackish water drum 35 and a control valve 36 outside.
  • exhaust gas 206 250 Nm 3 / h having an average of 360 ° C. is extracted from the high temperature region and supplied to the AQC boiler 31 as a heating side fluid.
  • the hot water supplied to the AQC boiler 31 from the boiler feed water pump 38 is heated by the preheater 34, thereby generating hot water.
  • a part of the hot water generated by the preheater 34 is supplied to the brackish water drum 35 via the control valve 36, becomes superheated steam via the evaporator 33 and the superheater 32, and is supplied to the pipe 37.
  • a part of the remaining hot water generated by the preheater 34 is supplied to the PH boiler 21, and the remaining part is supplied to the flasher 51.
  • the superheated steam in the pipe 27 and the superheated steam in the pipe 37 merge through the steam pipe 28 and are supplied to the high pressure stage of the steam turbine 41.
  • the flasher 51 is provided with a control valve 52, and the hot water supplied from the AQC boiler 31 is flushed into the tank and separated from the gas and liquid to generate a steam having a pressure higher than atmospheric pressure to the low pressure stage of the steam turbine 41 via the pipe 53.
  • the hot water supplied and separated merges with the condensate of the steam turbine 41 via the pipe 54 and is returned to the AQC boiler 31 using the boiler feed pump 38.
  • the steam turbine generator includes a steam turbine 41 and a generator 42 as main units.
  • the steam turbine 41 is driven by high-pressure steam that is input to the high-pressure stage and low-pressure steam that is input to the low-pressure stage, and generates power by driving a generator 42 whose rotating shafts are connected via a transmission mechanism. Under this condition, 9100 kW of power can be obtained from the generator 42.
  • the end of the steam turbine 41 is connected to the condenser 43. Since the steam of the steam turbine 41 is cooled and condensed by the condenser 43 to become low-temperature condensate, the end of the steam turbine 41 is depressurized to be in a vacuum state, and the number of the upstream side from the final stage of the steam turbine 41 The stage is a vacuum stage in a vacuum state. In addition, turbine output becomes large, so that the vacuum degree in the terminal part of the steam turbine 41 is high.
  • cooling water produced by the cooling tower 46 and supplied by the cold water pump 47 is used for cooling the condenser 43. A part of the cooling water is taken out and used for an auxiliary machine 48 such as a turbine or a generator.
  • the condensate generated by the condenser 43 is sent to the preheater 34 of the AQC boiler 31 through the ground steam condenser 45 using the condensate pump 44.
  • the steam for sealing the shaft seal of the steam turbine 41 is condensed by exchanging heat with the condensate of the steam turbine 41 in the ground steam condenser 45 and injected into the feed water of the AQC boiler 31.
  • the makeup water can be replenished from the makeup water tank 49 to the condenser 43.
  • the gas after heat recovery from the exhaust gas of PH2 using the conventional method maintains a temperature of 100 ° C. before and after passing through the electrostatic precipitator 10, and the remaining exhaust gas extracted from the high temperature region of AQC3 is also average.
  • the temperature is about 110 ° C.
  • the exhaust gas before and after passing through the electrostatic precipitator 16 after joining the gas after heat recovery from the exhaust gas from the high temperature part of the AQC 3 is also 90 ° C.
  • the power generation facility of this embodiment shown in FIG. 1 is necessary for recovering the heat of a low-temperature heat source of 150 ° C. or lower as described above with respect to the waste heat recovery power plant according to the prior art shown in FIG. It is constructed by adding various elements.
  • the power generation facility according to the present invention is based on the fact that a steam stage has a vacuum stage, and steam corresponding to the vacuum is generated from hot water and put into the vacuum stage to assist the rotation of the steam turbine.
  • the generator output can be increased without using an expensive heat medium.
  • the additional elements in the present embodiment are a PH heat exchanger 61, an AQC heat exchanger 62, a vacuum flasher 63, a heat exchange water pump 64, and pipes attached to these, as indicated by a thick line in FIG.
  • the PH heat exchanger 61 is provided between the electric dust collector 10 and the chimney 12 in the exhaust gas treatment facility of the suspension preheater (PH) 2, and receives the supply of exhaust gas at 100 ° C.
  • the PH heat exchanger 61 heats a part of the condensate of the steam turbine 41, thereby recovering the heat of the PH2 exhaust gas.
  • the AQC heat exchanger 62 is provided between the electric dust collector 16 and the chimney 18 in the exhaust gas treatment facility of the air quenching cooler (AQC) 3 and receives supply of exhaust gas at 90 ° C.
  • the AQC heat exchanger 62 heats a part of the condensate of the steam turbine 41, thereby recovering the heat of the exhaust gas of the AQC3.
  • the hot water obtained by the PH heat exchanger 61 and the AQC heat exchanger 62 is conveyed to the vacuum flasher 63, where it is flushed with low vacuum to become water vapor.
  • the steam is introduced into the vacuum stage of the steam turbine 41 via the steam pipe 65, thereby increasing the output of the generator 42. Thereafter, the steam is condensed in the condenser 43. After the condensate passes through the ground steam condenser 45, a part thereof is returned to the heat exchange circuit of the PH heat exchanger 61 and the AQC heat exchanger 62, and the rest is supplied to the AQC boiler 31.
  • the heat exchange water pump 64 has a function of circulating the hot water separated by the vacuum flasher 63 and the hot water returning through the ground steam condenser 45 in the heat exchange circuit.
  • the steam pipe 65 for transporting the steam has a large pipe diameter and is as short as possible. It is required to be. Further, since liquid is superior to steam as a medium for carrying energy, the steam pipe 65 is shortened even if the hot water pipe from the PH heat exchanger 61 and the AQC heat exchanger 62 to the vacuum flasher 63 is extended. This increases efficiency. For this reason, it is preferable to arrange the vacuum flasher 63 on the machine side of the steam turbine 41.
  • the PH heat exchanger 61 takes the exhaust gas of 340,000 Nm 3 / h at 100 ° C. from the downstream of the electrostatic precipitator 10, and uses heat exchange to 82 ° C. After cooling, it is discharged from the chimney 12.
  • the PH heat exchanger 61 raises the temperature of 73 ° C. hot water supplied from the heat exchange water supply pump 64 to 85 ° C. and supplies it to the vacuum flasher 63.
  • the AQC heat exchanger 62 takes exhaust gas 200,000 Nm 3 / h at 90 ° C. from the downstream side of the electrostatic precipitator 16, cools it to 82 ° C. using heat exchange, and discharges it from the chimney 18.
  • 73 ° C. warm water can be raised to 80 ° C. and supplied to the vacuum flasher 63.
  • the vacuum flasher 63 can generate 4.37 t / h of vacuum steam of 0.35 barA from the hot water and can put it into the vacuum stage of the steam turbine 41 through the steam pipe 65.
  • heat energy is recovered from a low-temperature heat source that was not used in the prior art, the power of 260 kW is increased, and the output of the waste heat recovery power plant is 9360 kW. can do.
  • the power generation equipment of this example uses the configuration of a steam turbine generator using steam that has been conventionally used without using an expensive low boiling point heat medium such as pentane or trifluoroethanol, and uses a vacuum flasher.
  • a vacuum flasher By generating low-pressure steam from a low-temperature heat source and introducing it into an appropriate vacuum stage to increase the amount of power generation and recovering thermal energy, both equipment and operating costs can be saved, and cost-effective waste heat recovery is possible. Power generation becomes possible.
  • the waste heat recovery steam turbine power generator is already installed, it is possible to recover heat from a lower temperature heat source by performing a slight modification.
  • FIG. 4 is a block diagram of a power generation facility according to the second embodiment of the present invention.
  • the bold line part in a figure shows a different part from the waste heat recovery power plant of the prior art shown in FIG.
  • the same equipment as that of the first embodiment is used, but the pipes connecting the equipment are different. That is, when the power generation facility of this embodiment is compared with that of the first embodiment, the relationship between the PH heat exchanger 61 that recovers heat from the PH low-temperature heat source and the vacuum flasher 63 is not changed, but the heat from the AQC low-temperature heat source is not changed. Since the piping related to the recovered AQC heat exchanger 62 and the piping related to the vacuum flasher 63 are different, the differences will be mainly described in detail below.
  • the total amount of condensate supplied to the preheater 34 of the AQC boiler 31 that recovers heat from the high-temperature heat source is used as the AQC heat exchanger 62.
  • the water separated from the flasher 51 that generates low-pressure steam from the hot water supplied from the preheater 34 is supplied to the vacuum flasher 63. That is, the total amount of condensate in the steam turbine 41 is supplied to the PH heat exchanger 61 and the AQC heat exchanger 62, and the hot water generated by heating the condensate in the AQC heat exchanger 62 is generated in the vacuum flasher 63.
  • the separated water of the flasher 51 is supplied to the vacuum flasher 63 without being supplied to the preheater 34 of the AQC boiler 31.
  • the separated water of the vacuum flasher 63 is combined with the low-temperature condensate generated in the condenser 43 and then distributed to the PH heat exchanger 61 and the AQC heat exchanger 62.
  • the temperature of the aqueous medium supplied to the PH heat exchanger 61 and the AQC heat exchanger 62 is lowered, and the temperature difference between the heat medium inlet and the heat medium outlet of the heat exchanger is increased.
  • the heat recovery efficiency from the low temperature heat source is improved. That is, the water inlet temperature of the heat exchangers 61 and 62 was set to 73 ° C. under the conditions in the first embodiment, but in this embodiment, it was 55 ° C. under the same conditions. For this reason, the output of the generator 42 also increases.
  • the PH boiler and the AQC boiler generate steam and hot water by recovering the heat of the exhaust gas from the PH and AQC, and the generated steam is supplied to the steam turbine. showed that.
  • the PH boiler and the AQC boiler recover the heat of the exhaust gas from the PH and AQC and perform heating
  • what is generated in the PH boiler and the AQC boiler is not limited to steam and hot water.
  • the PH boiler and the AQC boiler may recover only the hot water by collecting the heat of the exhaust gas from the PH and AQC.
  • FIG. 5 is a block diagram of a power generation facility according to the third embodiment of the present invention.
  • the efficiency is improved by recovering heat from a low-temperature heat source in a system that could not be used conventionally, based on attaching a vacuum flasher to a conventional power generation facility.
  • hot water and steam are generated by a heat source 71 such as a boiler and supplied to the steam separator 72, and the high pressure steam generated by the steam separator 72 is sent to the high pressure stage of the steam turbine 75.
  • a heat source 71 such as a boiler and supplied to the steam separator 72
  • the high pressure steam generated by the steam separator 72 is sent to the high pressure stage of the steam turbine 75.
  • the water separated by the steam separator 72 is supplied to the flasher 73 and flushed to generate low-pressure steam and hot water, and the low-pressure steam is sent to the low-pressure stage of the steam turbine 75.
  • the steam turbine 75 drives the generator 76 to generate power.
  • the final stage of the steam turbine 75 is connected to a condenser 77, and the water vapor therein is cooled with cold water, condensed, and decompressed to a vacuum. Condensate condensed in the condenser 77 is sent to a heat source 71 by a condensate pump to become hot water, and
  • the hot water generated by the flasher 73 is conventionally considered to be difficult to recover due to the low temperature. For this reason, it has been circulated as a working medium as it is and heated again by the heat source 71 such as a boiler.
  • the heat source 71 such as a boiler.
  • it is supplied to a vacuum flasher 74 which is flushed under vacuum.
  • the hot water separated by the vacuum flasher 74 is mixed with the condensate refluxed from the condenser 77 of the steam turbine 75 and reheated by the heat source 71 as a working medium.
  • the steam piping of the vacuum flasher 74 is connected to the vacuum stage of the steam turbine 75, and the vacuum steam generated by the vacuum flasher 74 is supplied to the vacuum stage to increase the output of the generator 76.
  • a vacuum flasher 74 is provided and a low-temperature heat source existing in the target facility is used to increase the power generation capacity. Can be increased.
  • the heat source 71 of the present embodiment may be a variety of heat sources that exist outside the power generation facility, or a heater or heat exchanger that generates hot water by receiving heat from a heat medium supplied from the external heat source. It may be a vessel. Further, for example, a hot water source existing underground may be used.
  • the low temperature steam generated by the vacuum flasher is introduced using the vacuum stage of the steam turbine to increase the amount of power generation. It is possible to recover heat from a low temperature heat source.
  • heat recovery is performed from a relatively low temperature exhaust gas that has been applied to a suspension preheater and an air quenching cooler of a cement firing plant and passed through an electric dust collector of an exhaust gas treatment apparatus. It goes without saying that there is nothing. For example, it is possible to directly recover heat from exhaust gas discharged from the low temperature portion of the air quenching cooler. Moreover, it is also possible to apply to either a suspension preheater or an air quenching cooler depending on circumstances.
  • the same technical idea can be applied to a case of targeting a lower-temperature waste heat source in another plant such as an incinerator in a garbage incinerator or a sintered cooler in an ironworks. Further, it can be applied to a geothermal power plant or the like in order to utilize a low-temperature heat source that has been difficult to use conventionally.
  • the power generation facility of the present invention can be recovered from heat from a low-temperature heat source, which has been difficult to use in various plants or nature, and can be converted into electric power.

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Abstract

［課題］１５０℃以下の低温排ガスから熱を回収して利用し、蒸気タービン発電を増加して熱利用の効率を向上させるための発電設備を提供する。［解決手段］発電設備において、熱媒体と水で熱交換をさせる熱交換器（６１，６２）と蒸気タービン（４１）の真空段に蒸気を供給する真空フラッシャー（６３）を備えて、熱交換器（６１，６２）に熱媒体を供給して真空段の真空下における水沸点を超えた温度を有する水流体を生成させ、真空フラッシャー（６３）に供給して真空段の真空下で蒸気を発生させ、蒸気タービン（４１）の真空段に投入することに基づいて、発電量を増加させる。

Description

発電設備
　本発明は、従来よりも低温の熱源を活用して発電量を増加させる蒸気タービン発電システム（発電設備）に関する。
　セメントキルン、製鉄所、金属精錬所、化学工場、ゴミ焼却炉、地熱発電所など、廃熱等の比較的冷温の熱が発生する施設では、排ガス等の熱を廃熱ボイラ等で回収あるいは生成した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する蒸気タービン発電設備を備えて、エネルギー資源の有効活用を図っている。
　特許文献１には、セメント焼成プラントの廃熱を利用した発電システムが記載されている。
　セメント焼成プラントでは、たとえば、サスペンションプレヒータ（以下単に「プレヒータ」または「ＰＨ」ともいう）から３００～４００℃の排ガスが、また、エアクエンチングクーラー（以下単に「クエンチングクーラー」または「ＡＱＣ」ともいう）からほぼ２５０～３００℃の排ガスが大量に放出されている。これらＰＨからの排ガスとＡＱＣからの排ガスは、プラントの運転状況に応じて温度や廃熱量が大幅に異なる。特に、ＡＱＣからの排ガス温度は周期的な大幅変動を繰り返す。
　従来のセメント焼成プラント廃熱回収発電システムでは、たとえば、ＰＨの排ガスを熱媒とするＰＨボイラとＡＱＣの排ガスを熱媒とするＡＱＣボイラを設けて、両ボイラで高圧蒸気を発生させて蒸気タービンの高圧段に投入し、またＡＱＣボイラのヒータ部で得られる余剰熱水をフラッシャーで気液分離して発生させた低圧蒸気を低圧段に投入し、蒸気タービンを駆動する。ＡＱＣヒータの排ガス出口温度は約１００℃で、ＰＨボイラの排ガス出口温度は２００～２５０℃になる。
　しかし、ＡＱＣボイラ設置後のセメント焼成プラントには、ＡＱＣ低温部からの排ガスや廃熱回収後の排ガスなど、さらに低温の熱源が存在するが、低温熱源からの低温媒体では蒸気タービンの適宜な段に供給できる蒸気を生成することが困難であり、熱回収の対象となっていなかった。
　製鉄所における焼結クーラーにおいても、２５０～４５０℃の高温排ガスについて廃熱回収する発電システムが利用されているが、焼結クーラーの低温側排ガスの廃熱は対象とされていない。
　このように、従来は、たとえば工場における１５０℃以下の低温熱源については、蒸気タービンに供給できる蒸気を生成することが困難であり、利用対象となっていなかった。
　しかし、近時、環境問題や費用節減や、特に東日本大震災を契機とした安全な発電手段選択の要請などの事情もあって、さらに高度な廃熱利用が求められ、工場等で発生するさらに低温の排ガス等からも効率よく熱利用をすることが望まれるようになってきた。
　低温熱源から熱回収して電力を得る方法として、たとえば特許文献２に開示されたような、バイナリーサイクル発電システムがある。バイナリーサイクル発電システムは、ペンタンやトリフルオロエタノールなど、水よりも沸点の低い媒体を作動媒体として、低温熱源からの熱で蒸発させた媒体蒸気を使って蒸気タービンを駆動し発電する、クローズなランキンサイクル式タービン発電システムで、従来は利用できなかった低温の蒸気や熱水から熱回収をすることができる。
　しかし、バイナリーサイクル発電システムは、低温熱源に適した発電システムであって、高温熱源が共存する状況においては、高温蒸気を使った高効率の蒸気タービンシステムを備えた上で、高価な熱媒体を使うバイナリーサイクル用の蒸気タービンシステムを追加することになり、費用対効果の観点からも満足できるものとなっていなかった。
特開２００８－１５７１８３号公報 特開２００４－３５３５７１号公報
　そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来の蒸気タービン発電プラントの構成を活用して、大きな変更を加えず安価に、低温熱源からさらに高度な熱利用をすることを可能にする発電設備を提供することである。
　本発明の発電設備は、蒸気タービンに大気圧以上の圧力を有する高温の水蒸気を供給して発電する発電設備において、蒸気タービンの真空段と接続された真空フラッシャーをさらに備えて、真空フラッシャーに温水を供給しフラッシュさせて生成した大気圧以下の水蒸気を蒸気タービンの真空段に投入するようにしたことを特徴とする。
　さらに加熱器を備えて、プラント等の低温熱源から供給された熱媒で加熱して温水を生成し、真空フラッシャーに供給するようにしてもよい。
　加熱器として熱交換器を用いて、加熱側流体として１５０℃以下常温以上の温度を有する水またはガスなどの熱媒を熱交換器に供給して、真空フラッシャーに供給される温水を生成してもよい。
　大気圧以下の真空で水蒸気を発生させればよいので、熱交換器に供給する加熱側流体は１５０℃以下の温度であってもよい。
　本発明の発電設備は、低温熱源からの低温媒体と作動媒体の水とを熱交換して１００℃以下の温水を生成し、この温水を真空フラッシャーに供給して真空下でフラッシュさせて水蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンの真空段に供給することに基づいて、タービン出力を増大させるので、低温熱源を有効に利用することができる。
　本発明の発電設備は、従来の発電設備に対して真空フラッシャーあるいはさらに加熱器を増設することで構成することができる。作動媒体として、バイナリーサイクル発電システムで使う高価な熱媒体でなく、安価でありながら優れた熱媒特性を有する水が使えるので、製作コストと運転コストを抑制できる。特に発電設備が既存の場合には、追加投資も僅かで済み経済的である。なお、熱交換器を低温熱源の近傍に設置し真空フラッシャーを蒸気タービンの近傍に設置すれば、排ガスなどの廃熱を熱搬送能力の高い水を用いて伝達し、蒸気タービンのそばで蒸気にして供給するので、両者間の熱エネルギーの搬送を比較的細い配管を用いて行うことができ、設備費を抑制することができる。
　本発明の発電設備をセメント焼成プラントに適用する場合は、熱交換器に導入する低温媒体として、セメント焼成プラントにおけるサスペンションプレヒータ（ＰＨ）で発生してＰＨボイラで熱回収した後の低温排ガス、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）で発生してＡＱＣボイラで熱回収した後の低温排ガス、さらにＡＱＣの低温部から排出される排ガスなどを利用することができる。
　本発明の発電設備によれば、水を作動媒体とした蒸気タービン発電装置を利用して、高温熱源からの熱回収に加えて、低温熱源から放出される熱エネルギーを有効に回収して、高効率の熱利用を経済的に行うことができる。
本発明の１実施例に係る発電設備のブロック図である。 本実施例を適用する廃熱回収発電プラントの例を示すブロック図である。 本実施例を適用するセメント焼成プラント排ガス処理設備を示すブロック図である。 本発明の別の実施例に係る発電設備のブロック図である。 本発明のさらに別の実施例に係る発電設備のブロック図である。
　以下、実施例を用いて本発明の発電設備について詳細に説明する。
　図１は第１実施例の発電設備のブロック図、図２は本実施例を適用する廃熱回収発電プラントのブロック図、図３は本実施例を適用するセメント焼成プラント排ガス処理設備のブロック図である。なお、図面において、同じ機能を表す要素には同じ参照番号を当てて説明を省略する場合がある。
　本実施例の発電設備は、図１に示すように、本発明の発電設備を、図３に示したセメント焼成プラントの排ガス処理設備に適用した例を示すものである。
　図３に示したセメント焼成プラントでは、キルン１のプレヒータ（ＰＨ）２から３００～４００℃の排ガスが発生し、原料粉砕工程６の原料ミル７で原料を予熱するために利用した後、電気集塵機（ＥＰ）１０を通して煙突１２から大気に放出される。また、キルン１のクエンチングクーラー（ＡＱＣ）３からは、途中での抜き出しが無ければ、平均温度で２５０～３００℃のテールガスが発生する。一方、本実施例においては、後述するように、ＡＱＣ３で発生するテールガスのうち高温領域から３６０℃程度のガスが抜き出され、ＡＱＣボイラ３１によって熱回収される。そして、残りのテールガスが、１１０℃程度のテールガスとして、ＡＱＣ３から排出される。ＡＱＣボイラ３１によって熱回収された排ガスと、ＡＱＣ３から排出されたテールガスとは合流し、電気集塵機（ＥＰ）１６を経由して煙突１８から大気に放出される。なお、図中、参照番号５，９，１１，１７はファン、参照番号８はサイクロン、参照番号１４は除塵槽を示す。
　このように、セメント焼成プラントからは、排ガスに搬送されて大量の熱が放棄されている。このため、従来、たとえば図２に示すような廃熱回収発電プラントを装備することに基づいて、高温の排ガスから廃熱の大きな部分を回収してきた。
　図２に示す従来技術の廃熱回収発電プラントは、ある条件におけるセメント焼成プラント排ガス処理設備に適用したもので、ＰＨの排ガスを加熱媒体とするＰＨボイラ２１と、ＡＱＣの高温部からの排ガスを加熱媒体とするＡＱＣボイラ３１を備え、さらに、ＡＱＣボイラ３１から温水の供給を受けて気水分離するフラッシャー５１を備えている。そして、ＰＨボイラ２１とＡＱＣボイラ３１で発生する高圧蒸気を蒸気タービン４１の高圧段に、フラッシャー５１で発生する低圧蒸気を蒸気タービン４１の低圧段に投入させて蒸気タービン４１を駆動し、発電機４２を用いて廃熱のエネルギーを電力として効率よく回収するものである。
　ＰＨボイラ２１には、内部に過熱器２２と蒸発器２３が設けられ、外に汽水ドラム２４とポンプ２５と調節弁２６が設けられている。ＰＨからの、温度３２５℃、流量３８９，０００Ｎｍ３／ｈの排ガスは、ＰＨボイラ２１に加熱側流体として供給される。汽水ドラム２４の水がポンプ２５で蒸発器２３に供給され蒸気を含んだ混合水となって汽水ドラム２４に戻って蒸気と熱水に分離する。汽水ドラム２４の蒸気は、過熱器２２で過熱蒸気になって、配管２７に供給される。調節弁２６は、汽水ドラム２４の水頭を確保するように供給水量を調節する。ＰＨボイラ２１から排出された排ガスは、図３に示すように、原料粉砕工程６で原料を予熱する熱源として利用された後に、電気集塵機１０に通して煙突１２から大気に放出される。
　ＡＱＣボイラ３１には、内部に過熱器３２、蒸発器３３、予熱器３４が設けられ、外に汽水ドラム３５と調節弁３６が設けられている。ＡＱＣで発生するテールガスのうち高温領域から平均３６０℃の排ガス２０６，２５０Ｎｍ３／ｈを抜き出してＡＱＣボイラ３１に加熱側流体として供給する。ボイラ給水ポンプ３８からＡＱＣボイラ３１に供給された温水は、予熱器３４で加熱され、これによって熱水が生成される。予熱器３４で生成された熱水の一部は、調節弁３６を介して汽水ドラム３５に供給され、蒸発器３３と過熱器３２を介して過熱蒸気となって、配管３７に供給される。また、予熱器３４で生成された熱水の残りは、一部がＰＨボイラ２１に供給され、その残りがフラッシャー５１に供給される。
　配管２７の過熱蒸気と配管３７の過熱蒸気は蒸気配管２８で合流して、蒸気タービン４１の高圧段に供給される。
　フラッシャー５１は調節弁５２を備え、ＡＱＣボイラ３１から供給される熱水を槽内にフラッシュして気液分離し発生した大気圧以上の蒸気を、配管５３を介して蒸気タービン４１の低圧段に供給し、分離された温水は配管５４を介して蒸気タービン４１の復水に合流し、ボイラ給水ポンプ３８を用いてＡＱＣボイラ３１に戻される。
　蒸気タービン発電機は、蒸気タービン４１と発電機４２を主機として構成される。
　蒸気タービン４１は、高圧段に投入された高圧蒸気と低圧段に投入された低圧蒸気で駆動され、回転軸同士が変速機構を介してつながる発電機４２を駆動して電力を発生させる。この条件下では、発電機４２から９１００ｋＷの電力を得ることができる。
　蒸気タービン４１の末端は復水器４３に接続されている。蒸気タービン４１の蒸気が復水器４３で冷却され凝縮して低温の復水になるため、蒸気タービン４１の末端部は減圧して真空状態になり、蒸気タービン４１の最終段から上流側の数段については、真空状態の真空段となっている。なお、蒸気タービン４１の末端部における真空度が高いほどタービン出力が大きくなる。
　復水器４３の冷却には、冷却塔４６で製造され冷水ポンプ４７で供給される冷却水が使用される。なお、冷却水は、一部を取り出してタービンや発電機などの補機４８に使用する。
　復水器４３で生成した復水は、復水ポンプ４４を用いて、グランド蒸気復水器４５を介してＡＱＣボイラ３１の予熱器３４に送水される。
　蒸気タービン４１の軸封部シール用蒸気はグランド蒸気復水器４５で蒸気タービン４１の復水と熱交換して凝縮しＡＱＣボイラ３１の給水に注入される。
　また、補給水は、補給水タンク４９から復水器４３に補給することができる。
　ところで、図３に示したように、セメント焼成プラントでは、従来も効果的な回収が図られてきたＰＨ２あるいはＡＱＣ３の高温部から放出される比較的高温な排ガスの他に、熱回収の難しい１５０℃以下の低温熱源が存在する。たとえば、従来法を用いてＰＨ２の排ガスから熱回収した後のガスは、電気集塵機１０を通過する前後において１００℃の温度を保っており、また、ＡＱＣ３の高温領域から抜き出した残りの排ガスも平均温度が１１０℃程度あり、またＡＱＣ３の高温部からの排ガスから熱回収した後のガスを合流させた後で電気集塵機１６を通過する前後の排ガスも９０℃になっている。
　図１に示す本実施例の発電設備は、図２に示した従来技術に係る廃熱回収発電プラントに対して、さらに上記のような１５０℃以下の低温熱源の熱を回収するために、必要な要素を付加することによって構成したものである。
　本発明の発電設備は、蒸気タービンに真空段が存在することに注目して、その真空に対応する水蒸気を温水から生成させて真空段に投入して蒸気タービンの回転を助勢することに基づいて、高価な熱媒体を使用することなく、発電機出力を増加させることを可能にしたものである。
　本実施例における上記付加要素は、図１において太線で示した通り、ＰＨ熱交換器６１、ＡＱＣ熱交換器６２、真空フラッシャー６３、熱交給水ポンプ６４とこれらに付帯する配管である。
　ＰＨ熱交換器６１は、図３に示すように、サスペンションプレヒータ（ＰＨ）２の排気ガス処理設備における電気集塵機１０と煙突１２の間に設けられ、１００℃の排ガスの供給を受ける。そしてＰＨ熱交換器６１は、蒸気タービン４１の復水の一部を加熱し、これによってＰＨ２の排ガスの熱を回収する。
　また、ＡＱＣ熱交換器６２は、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）３の排気ガス処理設備における電気集塵機１６と煙突１８の間に設けられ、９０℃の排ガスの供給を受ける。そしてＡＱＣ熱交換器６２は、蒸気タービン４１の復水の一部を加熱し、これによってＡＱＣ３の排ガスの熱を回収する。
　ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２で得られた温水は、真空フラッシャー６３に搬送され、ここで低真空でフラッシュされて水蒸気となる。水蒸気は、蒸気配管６５を介して蒸気タービン４１の真空段に投入され、これによって発電機４２の出力を増大させる。その後、水蒸気は、復水器４３で復水する。復水は、グランド蒸気復水器４５を通った後、その一部がＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２の熱交回路に戻され、残りがＡＱＣボイラ３１に供給される。
　熱交給水ポンプ６４は、真空フラッシャー６３で分離された温水とグランド蒸気復水器４５を介して戻る温水を熱交回路中に循環させる機能を有する。
　真空フラッシャー６３で発生させる真空下の蒸気は、蒸気タービン４１の投入段における真空雰囲気に対して大きな圧力差がとれないため、蒸気を搬送する蒸気配管６５は大きな管径をもった、できるだけ短い配管であることが求められる。また、エネルギーを搬送する媒体として蒸気よりも液体の方が優れているので、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２から真空フラッシャー６３までの温水配管を延ばしても、蒸気配管６５を短くすることで効率が高くなる。このため、真空フラッシャー６３は、蒸気タービン４１の機側に配置することが好ましい。
　図２に示した運転条件と同じ条件で検討すると、ＰＨ熱交換器６１では、電気集塵機１０の下流から１００℃の排ガス３４０，０００Ｎｍ３／ｈを取って、熱交換を利用して８２℃に冷却した後に煙突１２から放出させる。一方、ＰＨ熱交換器６１は、熱交給水ポンプ６４から供給される７３℃の温水を８５℃に昇温させて真空フラッシャー６３に供給する。
　また、ＡＱＣ熱交換器６２では、電気集塵機１６の下流から９０℃の排ガス２００，０００Ｎｍ３／ｈを取って、熱交換を利用して８２℃まで冷却して煙突１８から放出する。ＡＱＣ熱交換器６２では、７３℃の温水を８０℃に昇温させて真空フラッシャー６３に供給することができる。
　真空フラッシャー６３では、温水から０．３５ｂａｒＡの真空蒸気を４．３７ｔ／ｈ生成して、蒸気配管６５を通じて蒸気タービン４１の真空段に投入することができる。
　こうして、本実施例の発電設備を用いることに基づいて、従来技術では利用しなかった低温熱源から熱エネルギーを回収して、２６０ｋＷの電力を増加させて、廃熱回収発電プラントの出力を９３６０ｋＷとすることができる。
　本実施例の発電設備は、ペンタンやトリフルオロエタノールなど高価な低沸点熱媒体を使用することなく、従来から使用する水蒸気を使った蒸気タービン発電機の構成をそのまま活用し、真空フラッシャーを利用して低温熱源から低圧蒸気を発生させ適宜な真空段に投入して発電量を増加させて、熱エネルギーを回収するので、設備費も運転費も節減できて、費用対効果の優れた廃熱回収発電が可能になる。
　なお、廃熱回収蒸気タービン発電装置が既設の場合には、僅かな改修を施すことで、さらに低温の熱源から熱回収できるようにすることができる。
　図４は本発明の第２実施例に係る発電設備のブロック図である。図中の太線部分は、図２に示した従来技術の廃熱回収発電プラントと異なる部分を示す。
　本実施例では、第１実施例の構成機器と同じ機器を使うが、機器同士を接続する配管が相違する。すなわち、本実施例の発電設備を第１実施例のものと対比すると、ＰＨの低温熱源から熱回収するＰＨ熱交換器６１と真空フラッシャー６３の関係は変更がないが、ＡＱＣの低温熱源から熱回収するＡＱＣ熱交換器６２に係る配管および真空フラッシャー６３に係る配管が異なるので、以下において相違点に関して主に詳しく説明する。
　本実施例の発電設備では、図４に示すように、第１実施例では高温熱源の熱回収をするＡＱＣボイラ３１の予熱器３４に供給されていた復水の全量を、ＡＱＣ熱交換器６２を経由して供給するようにすると共に、予熱器３４から供給される熱水から低圧蒸気を生成するフラッシャー５１の分離水を真空フラッシャー６３に供給するようにしている。すなわち、蒸気タービン４１の復水の全量は、ＰＨ熱交換器６１およびＡＱＣ熱交換器６２に供給され、ＡＱＣ熱交換器６２で復水を加熱することにより生成された温水は、真空フラッシャー６３ではなくＡＱＣボイラ３１の予熱器３４に供給され、さらに、フラッシャー５１の分離水は、予熱器３４に直接戻されるのではなく、真空フラッシャー６３に供給される。真空フラッシャー６３の分離水は、復水器４３で生成する低温の復水と合流させた後に、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２に分配するようになっている。
　本実施例の構成によれば、ＰＨ熱交換器６１とＡＱＣ熱交換器６２に供給する水媒体の温度が低温化し、熱交換器の熱媒入り口と熱媒出口の温度差が大きくなるため、低温熱源からの熱回収効率が向上する。すなわち、第１実施例における条件下では熱交換器６１，６２の水の入り口温度が７３℃とされていたが、本実施例では同じ条件で５５℃になっている。このため、発電機４２の出力も増加することになる。
　なお、上記実施例１，２においては、ＰＨボイラおよびＡＱＣボイラが、ＰＨおよびＡＱＣからの排ガスの熱を回収して蒸気および熱水を生成し、生成された蒸気が蒸気タービンに供給される例を示した。しかしながら、ＰＨボイラおよびＡＱＣボイラがＰＨおよびＡＱＣからの排ガスの熱を回収して加熱を実施する限りにおいて、ＰＨボイラおよびＡＱＣボイラにおいて生成されるものが蒸気および熱水に限られることはない。例えば、ＰＨボイラおよびＡＱＣボイラが、ＰＨおよびＡＱＣからの排ガスの熱を回収して、熱水のみを生成するものであってもよい。
　図５は本発明の第３実施例に係る発電設備のブロック図である。
　本実施例は、従来の発電設備に真空フラッシャーを付設することに基づいて、従来利用できなかったシステム内の低温熱源から熱回収して効率を向上させたものである。
　本実施例の発電設備では、ボイラ等の熱源７１で熱水および蒸気を生成して気水分離器７２に供給し、気水分離器７２で生成した高圧蒸気を蒸気タービン７５の高圧段に送入する。また、気水分離器７２で分離された水は、フラッシャー７３に供給してフラッシュして低圧蒸気と温水を生成し、低圧蒸気は蒸気タービン７５の低圧段に送入する。
　蒸気タービン７５が、発電機７６を駆動して発電させる。蒸気タービン７５の最終段は復水器７７につながっていて、中の水蒸気が冷水で冷却され凝縮して真空に減圧される。
　復水器７７で凝縮した復水は、復水ポンプで熱源７１に送られ熱水になり、蒸気タービン７５の作動媒体として再び利用される。
　フラッシャー７３で生成する温水は、従来は低温のため熱回収が困難であると考えられており、このため、そのまま作動媒体として循環させられ、そして再度ボイラ等の熱源７１で加熱されていた。一方、本実施例では、真空下でフラッシュするようにした真空フラッシャー７４に供給される。真空フラッシャー７４で分離された温水は、蒸気タービン７５の復水器７７から還流する復水と混ぜられて、作動媒体として熱源７１で再加熱されて利用される。
　真空フラッシャー７４の蒸気配管が蒸気タービン７５の真空段につながれていて、真空フラッシャー７４で発生した真空蒸気は真空段に供給されて、発電機７６の出力を増大させる。
　本実施例の発電設備では、大気圧以下の真空状態で沸点が１００℃よりも低下することに注目して、真空フラッシャー７４を設けて対象施設内に存在する低温熱源を利用し、発電能力を増大させることができる。
　なお、本実施例の熱源７１は、発電設備の外部に存在する各種熱源そのものであっても、また外部熱源から供給される熱媒体から熱を与えられて熱水を発生する加熱器や熱交換器などであってもよい。また、たとえば、地下に存在する熱水源などであってもよい。
　本発明の発電設備では、蒸気タービンの真空段を利用して、真空フラッシャーで生成した低温の水蒸気を投入して発電量を増大するので、従来利用しきれなかった各種プラントの低温廃熱や自然界の低温熱源から熱の回収が可能である。
　上記実施例では、セメント焼成プラントのサスペンションプレヒータとエアクエンチングクーラーに適用して排ガス処理装置の電気集塵機を通った、比較的低温の排ガスから熱回収する場合を主として説明したが、これらに限られないことはいうまでもない。たとえば、エアクエンチングクーラーの低温部から排出される排ガスから直接に熱回収することもできる。また、事情に応じて、サスペンションプレヒータとエアクエンチングクーラーのいずれか一方に対して適用することも可能である。
　また、同じ技術的思想は、たとえば、ゴミ焼却場の焼却炉や製鉄所の焼結クーラーなど、他のプラントにおける、さらに低温な廃熱源を対象にする場合にも適用することができる。さらに、地熱発電プラントなどにおいても、従来利用し難かった低温熱源を活用するために適用することが可能である。
　本発明の発電設備は、各種プラントあるいは自然界において、利用が難しかった低温の熱源から熱回収して電力化することができる。

Claims (12)

  1. 　蒸気タービンに大気圧以上の圧力を有する高温の水蒸気を供給して発電する発電設備であって
    　該蒸気タービンの真空段と接続された真空フラッシャーをさらに備えて、
    　該真空フラッシャーに温水を供給しフラッシュさせて生成した大気圧以下の水蒸気を前記蒸気タービンの真空段に投入するようにしたことを特徴とする発電設備。
  2. 　さらに加熱器を備えて、
    　該加熱器は、低温熱源から供給された熱媒で加熱して、前記真空フラッシャーに供給される温水を生成することを特徴とする請求項１記載の発電設備。
  3. 　前記加熱器が熱交換器であって、
    　前記熱交換器は、前記低温熱源から供給された、１５０℃以下常温以上の温度を有する熱媒を加熱側流体として用いて、前記真空フラッシャーに供給される温水を生成することを特徴とする請求項２記載の発電設備。
  4. 　前記熱交換器の加熱側流体として用いられる熱媒は、セメント焼成プラントにおけるサスペンションプレヒータ（ＰＨ）で発生してＰＨボイラで熱回収した後の排ガス、エアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）で発生してＡＱＣボイラで熱回収した後の排ガス、またはＡＱＣの低温部で発生した排ガスのいずれかを含むものであることを特徴とする請求項３記載の発電設備。
  5. 　前記発電設備は、セメント焼成プラントにおけるサスペンションプレヒータ（ＰＨ）で発生した排ガスを利用して高圧蒸気を生成するＰＨボイラと、セメント焼成プラントにおけるエアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）で発生した排ガスを利用して高圧蒸気を生成するＡＱＣボイラと、をさらに備え、
    　前記蒸気タービンは、前記ＰＨボイラで生成された高圧蒸気および前記ＡＱＣボイラで生成された高圧蒸気が供給される高圧段をさらに有し、
    　前記加熱器は、前記ＰＨボイラで熱回収した後の排ガスを加熱側流体として用いて前記真空フラッシャーに供給される温水を生成するＰＨ熱交換器と、前記ＡＱＣボイラで熱回収した後の排ガスを加熱側流体として用いて前記真空フラッシャーに供給される温水を生成するＡＱＣ熱交換器と、を含むことを特徴とする請求項２記載の発電設備。
  6. 　前記真空フラッシャーから前記蒸気タービンまでの配管が、前記ＰＨ熱交換器から前記真空フラッシャーまでの配管、および前記ＡＱＣ熱交換器から前記真空フラッシャーまでの配管よりも短いことを特徴とする請求項５記載の発電設備。
  7. 　前記ＡＱＣボイラで生成された熱水の少なくとも一部が、前記ＰＨボイラに供給されることを特徴とする請求項５記載の発電設備。
  8. 　前記発電設備は、セメント焼成プラントにおけるサスペンションプレヒータ（ＰＨ）で発生した排ガスを利用して高圧蒸気を生成するＰＨボイラと、セメント焼成プラントにおけるエアクエンチングクーラー（ＡＱＣ）で発生した排ガスを利用して高圧蒸気および熱水を生成するＡＱＣボイラと、前記ＡＱＣボイラで生成された熱水をフラッシュして低圧蒸気および温水を生成するフラッシャーと、をさらに備え、
    　前記蒸気タービンは、前記ＰＨボイラで生成された高圧蒸気および前記ＡＱＣボイラで生成された高圧蒸気が供給される高圧段と、前記フラッシャーで生成された低圧蒸気が供給される低圧段と、をさらに有し、
    　前記加熱器で生成された温水に加えて、前記フラッシャーで生成された温水が、前記真空フラッシャーに供給されることを特徴とする請求項２記載の発電設備。
  9. 　前記加熱器は、前記ＰＨボイラで熱回収した後の排ガスを加熱側流体として用いて前記真空フラッシャーに供給される温水を生成するＰＨ熱交換器を含むことを特徴とする請求項８に記載の発電設備。
  10. 　前記発電設備は、前記ＡＱＣボイラで熱回収した後の排ガスを加熱側流体として用いて前記蒸気タービンの復水を加熱するＡＱＣ加熱器をさらに備え、
    　前記ＡＱＣ加熱器で加熱された復水が、前記ＡＱＣボイラに供給されることを特徴とする請求項９に記載の発電設備。
  11. 　前記ＡＱＣボイラで生成された熱水の一部が、前記ＰＨボイラに供給されることを特徴とする請求項１０記載の発電設備。
  12. 　前記発電設備は、高温熱源からの熱媒を利用して生成された熱水を高圧蒸気および熱水に分離する気水分離器と、前記気水分離器で分離された熱水をフラッシュして低圧蒸気および温水を生成するフラッシャーと、をさらに備え、
    　前記蒸気タービンは、前記気水分離器で分離された高圧蒸気が供給される高圧段と、前記フラッシャーで生成された低圧蒸気が供給される低圧段と、をさらに有し、
    　前記フラッシャーで生成された温水が、前記真空フラッシャーに供給されることを特徴とする請求項１記載の発電設備。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103851924A (zh) * 2014-02-27 2014-06-11 中冶华天工程技术有限公司 加热炉余热全回收循环利用集成系统

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5897302B2 (ja) 2011-10-28 2016-03-30 川崎重工業株式会社 蒸気タービン発電システム
EP3353387A1 (en) * 2014-09-19 2018-08-01 Ect Power AB A multistage evaporation organic rankine cycle
RU2596293C2 (ru) * 2015-03-31 2016-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН Способ утилизации энергии геотермальных вод
KR101800081B1 (ko) * 2015-10-16 2017-12-20 두산중공업 주식회사 복수의 열원을 활용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템
WO2017069457A1 (ko) * 2015-10-21 2017-04-27 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전 시스템
CN106091705A (zh) * 2016-06-15 2016-11-09 山东钢铁股份有限公司 一种提高烧结余热利用集群发电量的方法和装置
CN106839789A (zh) * 2017-02-08 2017-06-13 中冶华天工程技术有限公司 一种基于空气和煤气分级加热的轧钢加热炉余热回收系统
CN106813510A (zh) * 2017-02-08 2017-06-09 中冶华天工程技术有限公司 一种基于助燃空气分级加热的轧钢加热炉余热利用系统
JP2019078185A (ja) * 2017-10-20 2019-05-23 松尾 栄人 蓄熱型太陽熱発電システム
CN107990299A (zh) * 2017-10-25 2018-05-04 山西潞安煤基精细化学品有限公司 一种转化锅炉给水预热器的补水管线
JP6963492B2 (ja) * 2017-12-21 2021-11-10 三菱パワー株式会社 湿分分離設備、発電プラント、及び蒸気タービンの運転方法
CN111076599A (zh) * 2018-10-22 2020-04-28 株式会社捷太格特 热回收系统
CN109855433A (zh) * 2019-03-28 2019-06-07 成都建筑材料工业设计研究院有限公司 一种利用水泥窑低温余热加热汽轮发电机组凝结水系统
CN111042885A (zh) * 2019-12-25 2020-04-21 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 一种回收不同温位余热的发电系统及发电方法
GB2607047A (en) * 2021-05-26 2022-11-30 Hano Blake Turbo injected hp eater steam boiler
CN117318107B (zh) * 2023-09-25 2024-03-29 华北电力大学 一种燃煤机组高压热水储能调峰系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6229707A (ja) * 1985-07-31 1987-02-07 Mayekawa Mfg Co Ltd 動力発生装置
JPS62180607U (ja) * 1986-05-09 1987-11-16
JPH01280604A (ja) * 1987-10-27 1989-11-10 Aeg Kanis Turbinenfab Gmbh 蒸気プロセスの効率を高める方法
JP2004353571A (ja) 2003-05-29 2004-12-16 Ebara Corp 発電装置および発電方法
JP2008157183A (ja) 2006-12-26 2008-07-10 Kawasaki Plant Systems Ltd セメント焼成プラント廃熱発電システム

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2660236A (en) * 1947-01-15 1953-11-24 Morton Salt Co Vapor recompression system
JPS56101012A (en) * 1980-01-18 1981-08-13 Niles Parts Co Ltd Power device utilizing heat released from internal- combustion engine
DE4237665A1 (de) * 1992-11-07 1994-05-11 Asea Brown Boveri Verfahren zum Betrieb einer Kombianlage
DE19536839A1 (de) * 1995-10-02 1997-04-30 Abb Management Ag Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage
US5935423A (en) * 1997-04-12 1999-08-10 Atlantic Richfield Company Method for producing from a subterranean formation via a wellbore, transporting and converting a heavy crude oil into a distillate product stream
CN2695791Y (zh) 2004-04-26 2005-04-27 谢毓麟 预分解水泥生产线废气过热蒸汽/闪蒸汽多汽源发电装置
JP5456525B2 (ja) 2010-03-17 2014-04-02 川崎重工業株式会社 排熱回収装置
CN201852073U (zh) * 2010-08-30 2011-06-01 叶金辉 一种用于水泥余热发电中提高废气利用效率的两级闪蒸器
JP5897302B2 (ja) 2011-10-28 2016-03-30 川崎重工業株式会社 蒸気タービン発電システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6229707A (ja) * 1985-07-31 1987-02-07 Mayekawa Mfg Co Ltd 動力発生装置
JPS62180607U (ja) * 1986-05-09 1987-11-16
JPH01280604A (ja) * 1987-10-27 1989-11-10 Aeg Kanis Turbinenfab Gmbh 蒸気プロセスの効率を高める方法
JP2004353571A (ja) 2003-05-29 2004-12-16 Ebara Corp 発電装置および発電方法
JP2008157183A (ja) 2006-12-26 2008-07-10 Kawasaki Plant Systems Ltd セメント焼成プラント廃熱発電システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2772618A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103851924A (zh) * 2014-02-27 2014-06-11 中冶华天工程技术有限公司 加热炉余热全回收循环利用集成系统

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Publication number Publication date
EP2772618A1 (en) 2014-09-03
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